JP6223011B2 - 照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ・Ｅｍｉｔｔｉｎｇ・Ｄｉｏｄｅ）光源が発する熱を放熱するヒートシンクを備えた照明器具に関する。

ＬＥＤ照明器具は、放熱及び部材取付け用として、ヒートシンクを採用している。近年、光源光束が大きくなり投入電力が大きくなることで熱量も大きくなり、ヒートシンクの大型化がすすんでいる。大型化により、器具質量増加によるコストＵＰ、イニシャルコスト増大、安全面（落下）における苦慮が懸念されている。
また、天井直付け用照明器具は、その構成上、光を発するＬＥＤ光源の上部にＬＥＤ光源を点灯させるために必要なＬＥＤ点灯用電源が配置されている。そのため、ＬＥＤ点灯用電源は、ＬＥＤ光源のもらい熱による影響を受ける。

特許文献１には、放熱の役割を担うヒートシンクのフィンを露出させ、周囲空気に接する表面積を増加させる照明器具が開示されている。この照明器具は、ヒートシンクのフィンが周囲空気と接するように、ヒートシンクを覆う板金に加工穴を設けヒートシンクを露出させるとともに、ヒートシンクの中央部にパイプ状のヒートシンクを設けることにより煙突効果を利用するように構成されている。

特許文献２には、金属板を螺旋状に形成することにより自然対流を促すヒートシンクを備える照明器具が開示されている。金属板には複数個の穴が開いており、板金の巻く数により放熱性能を変化させる。前記金属板に、径方向内側へ切り起こされた複数の円弧状のフィンを設け、フィンからのふく射熱が径方向内側に向けられることにより、ヒートシンク内の空気及びヒートシンクの温度は径方向外側から径方向内側に向け徐々に高くなり、径方向中央において一番高くなる。このため、フィンによって、径方向中央の温度を一番高くするという条件を維持する方向に作用させることができる。また、複数のフィンの各々は、切り起こし両端部を結ぶ線がヒートシンクの中心軸方向と平行に延びるとともに、各フィンの面と巻き物状の金属板の接線とのなす角度が鋭角となるように、ヒートシンクから切り起こされているので、各フィンの面がヒートシンク内を対流する空気をヒートシンクの径方向中央に向けて案内するようになり、空気の流速を極力減速させない方向に作用させることができる。
特許文献２の照明器具は、ヒートシンクと、発熱体を下面に実装したプリント配線板とを備え、前記ヒートシンクは、前記プリント配線板の上面において、前記発熱体に対して鉛直方向であって前記発熱体が径方向中央に位置する位置に前記中心軸方向の他方端側を下にして実装される。したがって、ヒートシンク及びヒートシンク内の空気の温度は、ヒートシンクの径方向中央における温度が径方向外側に対して高くなるとともに、径方向中央における中心軸方向の温度差を大きくすることができる。このため、ヒートシンクの径方向中央における煙突効果を径方向外側における煙突効果よりも大きくでき、その中央において上昇気流の流速を高めることができ、径方向外側から中央に向かって圧力が漸次低下する圧力勾配を生じさせることができる。

特表２０１０−５２６４１６号公報 特開２００９−０１６６７４号公報

特許文献１の照明器具では光源の熱量が大きくなると高さ方向にヒートシンクの高さを上げることしかできないという課題がある。また、特許文献２では大光量になるにつれ器具中央には対流が流れにくくなり、器具の中央部に熱が溜まるという課題がある。

本発明は、フィンから放熱された熱い空気によるヒートシンク上部の電源への影響を最小限にとどめることのできるヒートシンク構造を備える照明器具を提供することを目的とする。

本実施の形態に係る照明器具は、光源を下面側に取り付けるとともに、前記光源から発する熱を放熱するヒートシンクを備える照明器具において、前記ヒートシンクには、下方から上方まで貫通するヒートシンク貫通孔が形成され、前記ヒートシンク貫通孔と連通する複数の連通孔が形成されたカバー部であって、前記ヒートシンクの下面側を覆うように前記ヒートシンクに取り付けられるカバー部を備えることを特徴とする。

本発明に係る照明器具によれば、ヒートシンク貫通孔と連通する連通孔が形成されたカバー部を備えることにより、ヒートシンクから放熱される熱い空気の流れが中央に集まることなく、ヒートシンク上部の電源への熱の影響を小さくすることができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る照明器具１０の分解斜視図である。 実施の形態１に係る照明器具１０の組立図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。 実施の形態１に係る照明器具１０のヒートシンク３に取り付けるカバー取付板７の拡大斜視図である。 実施の形態１に係る照明器具１０におけるカバー取付板７を用いていない場合の空気の流れを示す模式図である。 実施の形態１に係る照明器具１０におけるカバー取付板７を用いている場合の空気の流れを示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、以下の実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「表」、「裏」といった方向は、説明の便宜上、そのように記しているだけであって、装置、器具、部品等の配置や向き等を限定するものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る照明器具１０の分解斜視図である。図２は、本実施の形態に係る照明器具１０の組立図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は正面図である。図３は、本実施の形態に係る照明器具１０のカバー取付板７の拡大斜視図である。
図１〜図３を用いて、本実施の形態に係る照明器具１０の全体構成について説明する。

図１に示すように、照明器具１０は、アーム１、光源点灯用電源２、ヒートシンク３、光源４、反射板５、カバー部９０、カバー取付枠９を備える。
カバー部９０は、アクリルカバー６（光透過性板部）、カバー取付板７（金属板部）を備える。

図２（ａ）（ｂ）に示すように、アーム１は、コ字形状に折り曲げられた長形の金属板であり、コ字形状の両端部がヒートシンク３に固定される。照明器具１０を天井面などの器具取付面に取り付ける際には、アーム１の中央部が天井面に固定される。
光源点灯用電源２（電源装置）は、光源４を点灯させるために必要な電源である。図２（ａ）（ｂ）に示すように、光源点灯用電源２は、ヒートシンク３の上方に配置される。
光源４は、例えば、ＬＥＤである。光源４は、ヒートシンク３の下面側に設けられた光源取付面３１に取り付けられる。光源４は、熱を発生する発熱体である。本実施の形態は、ＬＥＤだけでなく、白熱灯、蛍光灯、ハロゲンランプなどのＬＥＤ以外の光源にも適用することができる。

ヒートシンク３は、熱伝導性の高い金属、例えばアルミニウムなどにより一体形成されている。
ヒートシンク３は、下面側に光源４が取り付けられる光源取付面３１を備える。光源取付面３１の反対側（ヒートシンク３の上部側）には、光源４から発せられる熱を放熱するフィン３３を備える。
ヒートシンク３のうちフィン３３以外の部分を光源取付部３７と呼ぶものとする。光源取付部３７の下面側は、光源取付面３１である。光源取付部３７の上部側は、光源取付上部３８とする（図２（ｂ）参照）。光源取付面３１では、後述する開口部３２の周囲に円形に光源４が配置される。光源４から発する熱は、光源取付面３１から光源取付部３７に伝わり、光源取付部３７からフィン３３に伝わる。そして、フィン３３は、光源取付部３７から伝わる熱を放熱する。

ヒートシンク３には、下方から上方まで貫通する開口部３２（ヒートシンク貫通孔）が形成されている。開口部３２は、光源取付部３７を上下方向に貫通する。開口部３２は、空気の自然対流を促すために、ヒートシンク３（光源取付部３７）の中央部分に形成されている。開口部３２は、光源取付部３７の光源取付面３１の略中央部から、光源取付上部３８の略中央部まで貫通する孔である。この開口部３２により、フィン３３から放熱された熱が空気の自然対流により中央部に留まることなく対流する。

図１に示すように、光源取付面３１は、開口部３２を中央部としたリング状（ドーナツ状、環状）である。光源４は、開口部３２の周囲に環状に配置される。光源取付面３１の周縁は、光の照射方向側に突き出した周縁壁部３６を形成している。
ヒートシンク３は、光源取付面３１の中央部に光の照射方向に筒状に突出した開口壁部３４を備える。開口壁部３４は、開口部３２の周縁が下方に突き出た壁部である。筒状の開口壁部３４の内側が開口部３２となっている。開口壁部３４の光の照射方向側の先端部は、開口部３２の入口となっている。

反射板５は、光源４から発せられる光を反射して、照明効果を高める。反射板５は、光源取付面３１に対向して取り付けられるリング形状である。反射板５は、中央部に反射板開口５１が形成される。
図２（ａ）は、アクリルカバー６が透明であり、アクリルカバー６の奥の反射板５、開口壁部３４などが見えている状態を示している。図２（ａ）に示すように、反射板開口５１には、ヒートシンク３の開口壁部３４が貫通している。
反射板５は、光源４に対応する位置に光源用開口５２が形成され、光源用開口５２の縁に形成された反射部により光源４から発せられる光を反射する。

アクリルカバー６は、アクリルなどの樹脂で形成された透明あるいは半透明のカバーである。アクリルカバー６は、ヒートシンク３の開口部３２に対向する部分にカバー開口６１（開口）が形成された環状（ドーナツ状）の板である。
アクリルカバー６は、ヒートシンク３の下面側である光源取付面３１を覆うとともに、光源取付面３１に取り付けられている光源４及び反射板５を覆うカバーである。
アクリルカバー６は、ヒートシンク３の下面側を覆うものであれば、板状でなくともよく、半球状、球状、電球形状などでもよい。
図２（ａ）では、透明カバーである状態を示している。アクリルカバー６は、中央部のヒートシンク３の開口部３２に対向する部分にカバー開口６１が形成される。カバー開口６１の縁部分を、カバー開口縁部６２とする。カバー開口６１からは、開口壁部３４の先端部３９が露出する。開口壁部３４の先端部３９は、開口部３２の下方側の入口に当たる部分である。

カバー取付板７は、例えば、アルミニウムなどの金属板である。本実施の形態では、カバー取付板７は、円形の金属板であるが、形状は多角形、楕円形など、他の形状でも構わない。また、カバー取付板７は、金属でなくても構わないが、フィン３３から放熱された熱をさらに放熱することができるように、放熱性のある材質であることが好ましい。

カバー取付板７は、アクリルカバー６を下方からヒートシンク３側に押し付けながら、ヒートシンク３に固定される。つまり、カバー取付板７は、ヒートシンク３側の外周縁部７３（図３参照）と開口壁部３４の先端部３９近傍との間に、アクリルカバー６のカバー開口縁部６２を挟んで開口壁部３４の先端部３９にネジ止めされる。

以上のように、カバー部９０は、光源４を覆うアクリルカバー６と、アクリルカバー６のカバー開口を塞ぐように配置されたカバー取付板７とから構成される。

図３に示すように、カバー取付板７には、４つのネジ用穴７２と、４つのネジ用穴７２以外の複数の空気用穴７１（連通孔）とが形成されている。空気用穴７１は、開口部３２（ヒートシンク貫通孔）と連通する孔である。
図３に示すように、対向する２つのネジ用穴７２同士を結んだラインをＢ−Ｂラインとする。また、Ｂ−Ｂラインと略直交し、対向する２つのネジ用穴７２同士を結んだラインをＣ−Ｃラインとする。
Ｂ−Ｂライン上には、外周縁近傍に形成された対向する２つのネジ用穴７２が形成されている。Ｃ−Ｃライン上には、外周縁近傍に形成された対向する２つのネジ用穴７２と、ネジ用穴７２の内側のＣ−Ｃライン上に形成された４つの空気用穴７１が形成されている。Ｃ−Ｃライン上に形成された４つの空気用穴７１は、カバー取付板７の中央部（中央領域７４）を挟んで、２つずつ形成されている。

カバー取付板７の中央部には、ネジ用穴７２も空気用穴７１も形成されていない中央領域７４が設けられている。また、Ｂ−Ｂライン上には、中央領域７４の外側に、ネジ用穴７２も空気用穴７１も形成されていない塞ぎ領域７６が設けられている。Ｂ−ＢラインとＣ−Ｃラインとにより分割される４つの扇状領域７５の各扇状領域７５には、中央領域７４と塞ぎ領域７６とを避けて、１２個の空気用穴７1が形成されている。したがって、４つの扇状領域７５の空気用穴７１は（１２×４）の４８個、Ｃ−Ｃライン上の空気用穴７１は４個となり、全体で５２個の空気用穴７１が形成されている。
ただし、ネジ用穴７２及び空気用穴７１の個数及び配置は、上記に限られず、適宜変更することができるものとする。

カバー取付板７は、ネジ８がネジ用穴７２を介してヒートシンク３に取り付けられることにより、ヒートシンク３に固定される。このとき、カバー取付板７のヒートシンク３側の面の外周縁部７３とアクリルカバー６のカバー開口６１のカバー開口縁部６２とが重なっているため、カバー取付板７によりアクリルカバー６の中央部分が固定される。このように、アクリルカバー６は、ヒートシンク３に取り付けられる。

カバー取付枠９は、カバー取付枠９とヒートシンク３の光の照射方向側の縁部３５との間にアクリルカバー６の周縁部を挟んだ状態で、ヒートシンク３の縁部３５に固定される。カバー取付枠９によりアクリルカバー６の周縁部分が固定される。
以上のように、カバー取付板７は、ヒートシンク３に固定されることによりヒートシンク３から伝わる熱を放熱するとともに、複数の空気用穴７１によりヒートシンク３の中央部分に流れる熱い空気に新たな対流を与えることができる。

次に、本実施の形態に係る照明器具１０における空気の流れについて説明する。
図４は、本実施の形態に係る照明器具１０におけるカバー取付板７を用いていない場合の空気の流れを示す模式図である。図５は、本実施の形態に係る照明器具１０におけるカバー取付板７を用いている場合の空気の流れを示す模式図である。
図４及び図５では、温度の変化の段階をＴ１〜Ｔ６の６レベルで示している。

図４に示すように、カバー取付板７を用いていない場合、すなわち、カバー部９０に空気用穴７１が設けられていない場合、フィン３３から放熱された熱は高い温度の状態で上方へ流れる。これにより、フィン３３上部の光源点灯用電源２へは、高い温度の空気が到達することになる。
図４に示すように、光源点灯用電源２の下部には主にＴ６レベルの温度の空気が接している。

図５に示すように、カバー取付板７を用いている場合、光源点灯用電源２に到達する空気の温度は図４の場合に比べると低い温度となっている。光源点灯用電源２の下部には主にＴ４〜Ｔ５レベルの温度の空気が接しており、Ｔ６レベルの温度の空気は接していない。
これは、フィン３３から放熱され、ヒートシンク３の中央に流れてきた熱が、金属板であるカバー取付板７によりさらに放熱されているためである。さらに、カバー取付板７に形成された複数の空気用穴７１により、ヒートシンク３の内部及び周辺の空気に新たな対流を発生させ、上部に流れる空気の温度を下げているためである。

このように、カバー取付板７の複数の空気用穴７１は、アクリルカバー６のカバー開口６１と連通するとともに、ヒートシンク３の開口部３２と連通しているので、カバー取付板７に加工する空気用穴７１の数、あるいは配置により、フィン３３の上部に配置している光源点灯用電源２への熱の流れを自在に設定することが可能になる。
図３では、カバー取付板７の中央領域７４には空気用穴７１を形成していないが、カバー取付板７の全体に均等に空気用穴７１を形成してもよい。
あるいは、カバー取付板７の周縁近傍に円形に空気用穴７１を形成するとともに、その円形の内側にさらに円形に空気用穴７１を形成してもよい。
ヒートシンク３の内部及び周辺に新たな空気の対流を起こすものであれば、カバー取付板７に加工する空気用穴７１の数、あるいは配置はどのようなものでもよい。

以上のように、本実施の形態に係る照明器具は、発熱源である光源４の熱を放熱させる方法について、ヒートシンク３に取付けるカバー取付板７に追加加工を施すことにより、放熱面積を増やすとともに、照明器具から放熱される空気の流れを変化させることができる。ヒートシンク３に取付けるこのカバー取付板７（金属板）により、放熱される熱い空気の流れが中央に集まることなく、光源点灯用電源２への熱の影響を小さくすることが可能になる。カバー取付板７は、アクリルカバー６の取付用としての部材と、空気の流れを変化させる熱影響防止用として部材とを兼ねている。したがって、部品点数を増やさずに、熱による電源装置への影響を低減することができる。

本実施の形態では、円形の光源取付面３１を有する照明器具１０について説明したが、例えば、長形の光源取付面、楕円形の光源取付面等を有する照明器具でも本実施の形態は適用可能である。

１ アーム、２ 光源点灯用電源、３ ヒートシンク、４ 光源、５ 反射板、６ アクリルカバー、７ カバー取付板、８ ネジ、９ カバー取付枠、１０ 照明器具、３１ 光源取付面、３２ 開口部、３３ フィン、３４ 開口壁部、３５ 縁部、３６ 周縁壁部、３７ 光源取付部、３８ 光源取付上部、３９ 先端部、５１ 反射板開口、５２ 光源用開口、６１ カバー開口、６２ カバー開口縁部、７１ 空気用穴、７２ ネジ用穴、７３ 外周縁部、７４ 中央領域、７５ 扇状領域、７６ 塞ぎ領域、９０ カバー部。

Claims (3)

1. 光源を下面に取り付けるとともに前記光源から発する熱を放熱するヒートシンクであって、下方から上方まで貫通するヒートシンク貫通孔が形成され、前記ヒートシンク貫通孔の下方の開口縁が突き出た開口壁部を備えたヒートシンクと、
   前記ヒートシンク貫通孔と連通する複数の連通孔が形成されたカバー部であって、前記光源を覆うように前記ヒートシンクに取り付けられたカバー部と
   を備え、
   前記カバー部は、
   前記光源を覆う板状を成し、前記ヒートシンク貫通孔と連通するカバー開口であって前記開口壁部の先端部が露出するカバー開口が形成された光透過性板部と、
   前記複数の連通孔が形成された金属板部であって、前記金属板部の外周縁と前記ヒートシンクとの間に前記光透過性板部に形成された前記カバー開口の縁部を挟んだ状態で、前記開口壁部の先端部に固定された金属板部と
   を備えた照明器具。
2. 前記照明器具は、
   前記金属板部を下方から前記開口壁部の先端部に押し付けた状態で、前記金属板部を前記開口壁部の先端部に固定する固定部材と、
   前記光透過性板部の外周の周縁部を前記ヒートシンクの下面の外周縁に固定するカバー取付枠を備えた請求項１に記載の照明器具。
3. 前記照明器具は、
   前記光源から発せられる光を反射する反射板であって、前記ヒートシンク貫通孔と連通するとともに前記開口壁部を貫通させる反射板開口が形成された反射板を備え、
   前記カバー部は、前記反射板を覆っており、前記カバー取付枠より前記光源の側に配置された請求項２に記載の照明器具。

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